JPS5977698A - 不揮発性メモリセル - Google Patents

不揮発性メモリセル

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JPS5977698A
JPS5977698A JP58174211A JP17421183A JPS5977698A JP S5977698 A JPS5977698 A JP S5977698A JP 58174211 A JP58174211 A JP 58174211A JP 17421183 A JP17421183 A JP 17421183A JP S5977698 A JPS5977698 A JP S5977698A
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JP
Japan
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nonvolatile memory
volatile memory
memory element
memory cell
circuit
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Pending
Application number
JP58174211A
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English (en)
Inventor
Atsushi Takai
高井 厚志
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、メモリセルに係わり、特にスタティックMO
8RAM(Random Access Memory
)と不揮発性メモリ素子とを組み合せ、電源がオフ状態
の時にも情報が保持できるように構成した不揮発性メモ
リセルに関するものである。
一般にスタティックメモリセルは、一対の双安定入出力
端子(以下、単に双安定端子と称す)を有する揮発性双
安定記憶装置いわゆるフリップフロップ回路(以下FF
回路と略記する)で主要部は構成され、電源がオンされ
ている限り情報は保持できる。しかしながら、電源がオ
フ時には情報が失なわれてしまう。従ってその情報を電
源オフ時にも失なうことなく不揮発に記憶するようにし
た不揮発性メモリセルの開発が進めら九でいる。
従来、この種の不揮発性メモリセルとして、FF回路に
不揮発性絶縁ゲート形電界効果メモリトランジスタの一
種であるM N OS (Meta] −N1−t、r
ide −Oxide −S emiconducjo
r) トランジスタを組込んだものがある。MNOSト
ランジスタは、周知のように、MO5l−ランジスタの
ゲート絶縁膜を窒化膜(S i、 N4)と極薄の酸化
膜(Sin、)の二層構造としたもので、窒化膜と酸化
膜の界面付近に存在するトラップ準位と基板との間で極
薄酸化膜のトンネル現象を利用して電荷のやりとりを行
い、トランジスタのゲート間電圧の大小を二値情報″1
″g、rrorrに対応させて不揮発に情報を記憶する
ようにしたものである。
以下、従来の代表的な不揮発性メモリセルにつき、その
回路構成と動作数に問題点を説明する。
第1図は従来の不揮発性メモリセルの一槽成例を示す回
路図である。この回路の詳細は、例えば特開昭47−9
657号公報に記載されているので、ここでは、本発明
に関連した部分を抽出して簡略化して示しである。
図において、1及び2は、FF回路を構成する駆動用の
MO8電界効果トランジスタ(以下MO8Tと略記する
)、3及び4は同じく負荷用MO8Tで、いずれもエン
ハンスメント型のPチャネルMO8Tである。 5及び
6は不揮発性絶縁ゲート形電界効果メモリトランジスタ
(以下不揮発性メモリ素子と称する)で、ここではPチ
ャネルMO8Tトランジスタを用いている。 7は電圧
(■。D)の供給端子、8は基準電位(Vss)の接続
端子、9は信号線(ワード線;W)、10はデータ線(
d  )  1#墳b:ミc、71 +x Fl v゛
<テークJ+i (a) てus。
図から明らかなように、この不揮発性メモリセルは、周
知のスタティックMO5T RAM(第6図(a)参照
〕の選択用MO8Tであるところを消去状態においてエ
ンハンスメント型となるMNOSTトランジスタ5及び
6で代替しである。
以下動作を説明するが、理解を容易にするために電圧値
を具体酌に規定して述べることにする。
通常のRAMとして動作させているときは、MNOSト
ランジスタ5及び6は閾電圧−2vのエンハンスメント
型MO8Tとして動作している。
このメモリの原理は、供給電圧(VpI))を−27V
とし、このFF回路が選択された時、MNOSトランジ
スタ5及び6への信号線9を一30Vとし。
この状態をしば−らく保つことによりMNOSトランジ
スタ5および6の閾電圧植針変化させメモリに情報を蓄
える。ところがMNOSトランジスタ5及び6のゲート
に一30Vが加わると、MNOSトランジスタ5および
6は導通状態となるため、データ線10及び11にメモ
リの情報が乗る。このため共通のデータ線で接続される
メモリセル群(図示せず)では、1度に信号線9で選択
された1つのメモリセルしか書き込めない。従ってメモ
リセル選択用すなわち信号#9選択用スイッチが必要で
ある。そのため信号線9の本数回の書き込みを行なわな
ければならない。又このため回路が複雑になり、かつ時
間的に効率が悪くなる。
また、通常のRAMとしての動作における読み出しの時
、MNOSトランジスタ5及び6のゲートに負電圧−1
2Vがかかるため、徐々にRAMの情報がMNOSトラ
ンジスタに書き込まれ、メモリの信頼性を低下させると
いう問題点がある。
第2図は従来の不揮発性メモリセルの他の構成例を示す
回路図である。この回路については、例えば特公昭5’
3−27107号公報に詳細に記載されているので、こ
こでは本発明に関連した部分についてのみ示しである。
図において前出のものと同一符号または同一記号のもの
は同一または均等部分を示すものとし、適宜説明は省略
する。
この例ではMO5TはPチャネルで形成されている。エ
ンハンスメント型のMO8TI及び2と、デプレション
型のMO8T12及び13とでFF回路を形成しし、選
択用のエンハンスメント型MO8T14及び15で選択
線(ワード線)16の信号にもとづきこのFF回路への
書き込み、読み出しを行なう。MO8TIと12の間及
びMO8T2と13の間にPチャネル不揮発性メモリ素
子(MNC)−8)17.1 sがそれぞれ挿入され、
この不揮発性メモリ素子に並列にスイッチング用のエン
ハンスメント型MO5T19.20が接続されている。
なお図の21は不揮発性メモリ素子駆動線、22はスイ
ッチング用MO5T19゜20の駆動線である。
平常はスイッチング用MO3T]9及び20を導通させ
て1通常のFF回路として働かせる。そして不揮発性メ
モリ素子17,1.8にRAMの情報を記憶させる時は
、このゲートに接続されている駆動線21及び供給電圧
(Vpp)を負の高電圧にする。また逆に不揮発性メモ
リ素子の記憶内容を消去する時はゲートに接続されてい
る駆動線21を正の高電圧にする。消去は情報復帰後行
なうがこの不揮発性メモリセルの場合は、消去を行なう
時、上述したように不揮発性メモリ素子17゜18のゲ
ートに正の高電圧が印加されるが、不揮発性メモリ素子
17’、18の構造がPチャネル電界効果トランジスタ
なので、これらは非導通となリ、かつ消去に必要とする
時間は普通ミリ秒(77L、S)のオーダーであるから
、FF回路の情報が変化しないようにスイッチング用M
O8T19゜20を設けてそれを導通することが必要と
なる。
このため1メモリセルを構成するのに10個のトランジ
スタが使われることになり、占有面積が大きくなりチッ
プ当りの集積度が低くなってしまうという問題点がある
以上従来技術の説明に当っては、各トランジスタがPチ
ャネルで形成された場合について述べたが、Nチャネル
で構成し、各印加電圧の極性を反対にして動作させても
よいことは勿論であるが、その場合にも上述した問題点
は同様に存在する。
本発明は上述した問題点を解消するためになされたもの
でスタティックMO8RΔM(揮発性双安定記憶装置)
と、消去した時デプレション型となる不揮発性メモリ素
子(例えばMNOSトランジスタ)を用いて不揮発性メ
モリセルを構成することを特徴とするものであり、さら
に1−記MN○Sトランジスタをポリシリコンゲートプ
ロセスを用いて構成することにより、集積度の改善を図
ったものである・。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
第3図は本発明の不揮発性メモリセルの構成を示す回路
図である。図から明らかなように、通常のスタティック
RAM C第6図(a)参照3に不揮発性メモリ素子2
3.24を加えた8つのトランジスタによって構成され
ている。FF回路を構成する駆動用MO8TI、2及び
メモリセル選択用のMO8T14.15はいずれもNチ
ャネルエンハンスメント型であり、FF回路の負荷MO
8T]、2,1.3はNチャネルデプレション型である
不揮発性メモリ素子23.24は消去時にデプレション
型となるMNOSトランジスタである。」二記不揮発性
メモリ素子23.2/lのドレインはそれぞれFF回路
の2つの信号出力端子に接続されているが、その接続点
をA及びBで示す。
不揮発性メモリ素子23.24はゲート・基板表面間に
+25Vを適当時間(例えば+0tS)印加すると、閾
電圧値が正(+ 4 V)となり、逆に一25vを適当
時間(例えば1004s)印加すると閾電圧値が負(−
6V)となる。
本発明の不揮発性メモリセルを通常のスタティックRA
Mとして用いる時は、供給電圧(VpD)を+5Vとし
不揮発性メモリ素子23.24の閾電圧値を負(−6V
)とし、同素子のゲー1〜G22.G2fをOvとして
この素子を導通状態にして用いる。
従ってゲートG23 + G24をOvとして用いるの
で信頼性は低下しない。
RAMの情報を不揮発性メモリ素子に記憶させる時の回
路動作を第4図のタイミング図を用し)で説明する。な
お、不揮発性メモリ素子に記憶する直前t、における接
続点Bの電位を5■、接続点AをOVとして説明する。
まずt。において、ワード線Wに相当する選択#116
をローレベル(Ov)とし、選択用MO3T14.15
をオフにする。それと同時に供給電圧(V□)を5vか
ら20Vにもち上げる。すると接続点Bはそれに伴ない
20Vとなり、接続点Aは0■のままである。そしてこ
れと同時(もしく番よ少し遅れて)に不揮発性メモリ素
子のゲートG、、I62、を25Vとする。こうすると
不揮発性メモリ素子24には5v、素子23には25V
の電圧がゲート・基板表面に加わる。この状態を適当時
間(例えば10su) t、  まで続けると、不揮発
性メモリ素子24の閾電圧値vTH24は負(−6V)
からほとんど変化せず、素子23の閾電圧値Vm5は負
(−6v)からJF(+4■)に変化する。ソシテtに
電源を切ってもRAMの情報は不揮発性メモリ素子23
.24の閾電圧値として記憶されている。
上記動作においては、選択用MO8T14.15によっ
て各メモリは分離されるので、この情報書込みは全セル
同時に行なうことができる。また上記動作はt。におい
て停電等電源オフを検出した時、コンデンサや電池など
の電源によ−〕て瞬時に行なわれ、その後電力の供給な
しに情報を記憶していることができる。
次に不揮発性メモリ素子に記憶された情報をFF回路に
復帰させる時の回路動作を第5図のタイミング図を用い
て説明する。
まずto  において供給電圧(V、D)をOvとする
それと同時(もしくは少し遅れて)にワード線Wに相当
するセル選択線16をハイレベル(5v)ににし、選択
用MO3T14.15をオンにする。
又、データ線10.11もハイレベルとする。
すると、不揮発性メモリ素子24の閾電圧値V7Hx4
は負(−6V)であるので、接続点Bは少し正の電位と
なる。これに対し素子23の閾電圧値V TH23は正
(+ 4 V)なので、接続点AはOVのままである。
これと同時(もしくは少し遅れて、t/、)に供給電圧
(■。I、)を5vとすれば、接続点Aはローレベル(
Ov)となる。
このようにして不揮発性メモリの情報をRAMに復帰し
た後、このセルを通常のスタティックRAMとして用い
るために1.  において不揮発性メモリ素子23.2
4のゲートG、 l G、4に一25Vを印加し適当時
間(例えば100棋s ) tz までこの状態を保ち
、不揮発性メモリ素子の閾電圧値vTMJj +”TM
i4を負(−6V)とする。
今の過程は、最初に接続点Bがローレベル(Ov)接続
点Aがハイレベル(5v)でも同じである。
第6図はメモリセルのレイアウトを説明するための図で
ある。同図(a)は従来のスタティックRAMの代表的
構成例を示す回路図、同図(b)は同図(a)に示した
従来の回路のレイアウト図で、選択線I6はポリシリコ
ンで与えられ、斜線で示した部分がMO8T14.15
に対応する。点線(例えばアルミニウムで構成)がデー
タ線10,1.]に対応し、25のコンタクトを通して
MO5T1.4.15のソース26に接続している。そ
の他の回路部分(FF回路等)は27で一括して示しで
ある。同図(c)は第3図に示した本発明のセルのレイ
アウト図で示したもので、同図(b)に比較し、不揮発
性メモリ素子ゲート線(G、、、G、イ)に対応する配
線28が加わっている。配線28の斜線で示した部分が
不揮発性メモリ素子23.24に対応している。
このように本発明による不揮発性メモリセルは2通常の
スタティックRAMのかなりの面積をしめる回路部分2
7を変えずに実現でき、しかもこの回路を適当なプロセ
ス、例えば2MポリシリコンゲートNチャネルMNOS
プロセスを用いれば、通常のスタティックRAM並の集
積度、速度を実現できる。
なお、本発明の詳細な説明においても、理解・を容易に
するために各トランジスタの導電型や印加電圧、不揮発
性メモリ素子を除い′たスタティックRAMの構造等を
具体的に規定して述べたけれども、それらに限定される
ものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において
変更可能なことは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来の不揮発性メモリセルの構成を
示す回路図、第3図は本発明の実施例の構成を示す回路
図、第4図及び第5図は本発明の不揮発性メモリセルの
動作を説明するためのタイミング図、第6図はメモリセ
ルのレイアウトを説明するための図で、同図(a)は従
来のスタティックRAMの代表的構成例を示す回路図、
同図(b)は同図(a)に示した回路のレイアウト図、
同図(c)は第3図に示した本発明のセルのレイアウト
図である。 1.2・・・・駆動用電界効果トランジスタ、3,4゜
12.1.3・・・・負荷用電界効果トランジスタ、1
.4.15・・・・選択用電界効果トランジスタ、5.
6.17.18゜第 1 図 第 Z 図 第 3  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、揮発性双安定記憶装置の一対の双安定入出力端子の
    それぞれに、消去した時デプレション型となる不揮発性
    メモリ素子の一端を接続し、上記不揮発性メモリ素子の
    他端を選択用電界効果トランジスタを介してデータ線に
    接続して構成したことを特徴とする不揮発性メモリセル
JP58174211A 1983-09-22 1983-09-22 不揮発性メモリセル Pending JPS5977698A (ja)

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JP58174211A JPS5977698A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 不揮発性メモリセル

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JP58174211A JPS5977698A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 不揮発性メモリセル

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JPS5977698A true JPS5977698A (ja) 1984-05-04

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ID=15974663

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JP58174211A Pending JPS5977698A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 不揮発性メモリセル

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5140724A (ja) * 1974-10-03 1976-04-05 Nippon Electric Co

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5140724A (ja) * 1974-10-03 1976-04-05 Nippon Electric Co

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